生物醫(yī)學材料(biomedical material)指的是一類具有特殊性能、特種功能,用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、治療疾患,而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料。
生物醫(yī)用不銹鋼是最先開發(fā)應用的生物醫(yī)用合金之一,因其價格較低廉且易于加工,而得到較廣泛的應用,其中應用最多的是超低碳奧氏體不銹鋼。
我國在1984年即制定了外科植入用不銹鋼的國家標準,1994年經(jīng)過修改,2003年又重新修改為GB 4234-2003《外科植入物用不銹鋼》。該標準列入了兩個鋼號,其化學成分見表9.79。
表9.79中所列鋼號的鋼棒的力學性能應符合表9.80的規(guī)定,這些牌號的鋼絲、鋼板和鋼帶的力學性能規(guī)定見GB 4234-2003《外科植入物用不銹鋼》。
2017年我國制定了GB 4234-2017《外科植入物金屬材料》,該標準力求與國際標準保持一致。該標準預計分為14個部分,其中第1部分為鍛造不銹鋼,第9部分為鍛造高氮不銹鋼,其余為其他類金屬材料。目前只發(fā)布了GB 4234.1-2017《外科植入物 金屬材料第1部分:鍛造不銹鋼》,代替了GB 4234-2003。
在GB 4234.1-2017中保留了GB 4234-2003列入的00Cr18Ni14Mo3,其化學成分除Mo含量調(diào)整為2.25%~3.0%以外,其他均與表9.79中所列相同。對該鋼的顯微組織的要求:固溶處理后鋼中不得有殘余δ鐵素體、χ相和σ相存在;熱軋?zhí)幚砗蟮匿摬闹蟹墙饘賷A雜物的細系均不得大于1.5級,粗系不得大于1.0級;檢查最終熱處理后及最終冷變形前的晶粒度級別不應粗于5級。
00Cr18Ni14Mo3 不銹鋼的棒材、絲材、板材和帶材的力學性能應符合表9.81的規(guī)定。
不銹鋼中的鉻可形成鈍化膜改善鋼的抗腐蝕能力,鎳起到穩(wěn)定奧氏體組織的作用,降低Si、Mn等雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物,可進一步提高鋼的抗腐蝕能力。
材料的制造和加工工藝也在比較寬的范圍內(nèi)影響材料的力學性能和耐蝕性能。對于低純度醫(yī)用不銹鋼,一般采用真空或非真空熔煉工藝生產(chǎn),而高純度的醫(yī)用不銹鋼應采用雙真空冶煉工藝力求鋼的高純凈。臨床應用較多的是高純度醫(yī)用不銹鋼。冷加工后采用機械拋光或電解拋光可提高器件表面光潔度,可增加植入器件的使用壽命。醫(yī)用不銹鋼在骨外科和齒科中應用較廣泛,在其他方面也有不少應用。
醫(yī)用不銹鋼的生物相容性與其在肌體內(nèi)的腐蝕行為及其所造成的腐蝕產(chǎn)物所引起的組織反應有關(guān)。其腐蝕行為涉及均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、磨蝕和疲勞腐蝕。常見的是點蝕是由于鉬含量不足及外力擦傷、劃傷所致。縫隙腐蝕、磨蝕也是常見的腐蝕,常因設計不合理導致應力及磨損。由于腐蝕會造成金屬離子或其他化合物進入周圍組織和整個肌體,引起某些不良組織學反應,在多數(shù)情況下,人體只能容忍微量濃度的金屬腐蝕物存在。醫(yī)用不銹鋼的腐蝕造成其長期植入的穩(wěn)定性差,其密度和彈性模量與人體硬組織相距較大,導致力學相容性差,本身無生物活性,難以和生物組織形成牢固的結(jié)合,溶出的鎳離子有可能誘發(fā)腫瘤的形成。上述原因造成醫(yī)用不銹鋼應用比例呈下降趨勢。